Генеральный

Новое устройство для улавливания паров восстанавливает пресную воду с электростанций


Каждый год в США производится около 4 триллиона киловатт-часы электроэнергии, 90 процентов из которых производится на тепловых электростанциях - установках, преобразующих тепло в электрическую энергию.

Большинство тепловых электростанций используют паровые турбины, приводимые в действие давлением, создаваемым при закипании воды. Внутри электростанции вода выполняет две основные задачи; создание давления, достаточного для вращения турбин, а также охлаждение установки до безопасных рабочих уровней.

Новая система улавливания паров: как сэкономить миллиарды галлонов воды в год

Решение, разработанное исследователями Массачусетского технологического института для решения проблемы нехватки воды, удивительно простое: они обнаружили, удаляя туман пучком электрически заряженных частиц (известных как ионы), капли воды внезапно становятся электрически заряженными, что впоследствии заставляет капли притягиваться друг к другу. сетка.

Соавторы Махер Дамак Ph.D. '18 и доцент кафедры машиностроения Крипа Варанаси недавно описали систему улавливания паров в журнале Достижения науки.

Сколько воды используется для производства электроэнергии

Сегодняшние тепловые электростанции огромны. И их охлаждение стало не менее сложной задачей. Все тепловые электростанции, работающие на ископаемом топливе, потребляют более 500 миллиардов литров пресной воды в день только в Соединенных Штатах. Но атомные электростанции хуже, потребляя больше один миллиард литровпресной воды в сутки.

Это жизненно важный процесс в производстве электроэнергии, но он приводит к потере сотни миллиардов чистой воды каждый год за счет испарения. Согласно IEEE Spectrum, оставив 60-ваттный свет включенным, 12 часов может потреблять столько же 60 литров воды.

По факту, 39 процентов Вся пресная вода, добываемая из всех рек, озер и водохранилищ в США, предназначена для удовлетворения всех потребностей в охлаждении тепловых электростанций, использующих ископаемое топливо или ядерную энергию. К сожалению, большая часть его теряется в результате испарения, когда он улетает в атмосферу.

Потери значительны, но новая система, предложенная исследователями Массачусетского технологического института, может вернуть значительную часть потерянной воды. Восстановленная вода может быть повторно использована на заводе или может стать основным источником питьевой пресной воды для прибрежных городов, которые используют морскую воду для охлаждения своих тепловых электростанций.

Создание устройства для сбора тумана с электростатическим приводом

Идея создания такого устройства родилась из видения Варанаси разработки высокоэффективной системы рекуперации воды, предназначенной для улавливания капель воды как из естественного тумана, так и из струй пара из промышленных градирен.

Варанаси стремился улучшить текущую неэффективность улавливания капель воды из пара. Другие предыдущие системы обычно состояли из пластиковой или металлической сетки, которая подвешивалась вертикально в областях с высокой концентрацией пара. К тому же они ужасно неэффективны, могут только собирать 1–3 процентаводяного пара из градирен. Когда пар проходит через затвор, часть его попадает на поверхность сетки, где он собирается, пока не стекает в сборный поддон.

Проблема с (предыдущими) устройствами для сбора паров

Большинство устройств сбора паров страдают от аэродинамики системы. Сетка в воротах действует как барьер для потока, заставляя воздух отклоняться от туманоуловителя. MIT описывает очень похоже на то, как крыло самолета разделяет воздушный поток, который проходит над или под крылом.

На изображении выше вода неочищенная и сетка не заряжена. Видно, что большая часть пара проходит между отверстиями в сетке.

Но даже пар, движущийся к сетке, вытесняется наружу, позволяя лишь небольшому количеству воды, направляемой прямо к проволоке, собираться на поверхности. Улавливается ничтожно малое количество водяного пара, что позволяет 99 процентов остальной части пара уйти в атмосферу.

Как работает система восстановления пресной воды

Именно решимость и тщательные эксперименты Варанаси привели ее к поиску гораздо лучшего решения. Просто ударяя по каплям воды ионным пучком и создавая напряжение через сетку, молекулы воды больше не отклоняются вокруг проводов, а скорее направляются прямо к ним. Даже молекулы воды, направленные к отверстиям в сетке, перенаправлялись на встречный курс с проволокой. Фактически, капли воды могли преодолевать аэродинамические силы, которые ранее заставляли их двигаться через сетку.

В 30-минутная пробаисследователи смогли собрать 30 мл воды с электрически заряженной сеткой, в то время как сетка без напряжения производила жалкие три капли воды.

Собранная вода уже достаточно чистая, и исследователи говорят, что это огромная трата ресурсов.

«Это дистиллированная вода более высокого качества, которая сейчас тратится впустую», - говорит Варанаси. «Это то, что мы пытаемся уловить».

Задача: убедить консервативные компании принять систему улавливания паров

По данным Массачусетского технологического института, операторы электростанций, как правило, довольно консервативны в отношении внедрения новых технологий. Компании не обязательно заинтересованы в потенциальных решениях и скорее будут придерживаться уже проверенных технологий. Если они не используются где-либо еще, на электростанциях обычно не используются технологии, которые еще не были испытаны в промышленных масштабах.

Чтобы успокоить компании доказательствами того, что система действительно работает, MIT устанавливает полномасштабную тестовую версию своего устройства для улавливания воды на своей градирне своей центральной коммунальной станции, когенерационной электростанции на природном газе, которая в настоящее время обеспечивает большую часть потребности кампуса в электричестве, отоплении и охлаждении.

Массачусетский технологический институт установит устройство для улавливания паров к концу лета

Подавая пример, MIT «снижает риски» технологии, внедряя ее самостоятельно, чтобы доказать эффективность устройства, провоцируя компании рассматривать новую технологию.

Выше исследователи из Массачусетского технологического института готовятся к установке прототипа устройства улавливания паров на центральной электростанции Массачусетского технологического института.

Технология проста и эффективна. Он легко интегрируется в электростанции, не требуя серьезных доработок. В настоящий момент команда инженеров Массачусетского технологического института устанавливает устройство, которое, как ожидается, будет установлено к концу лета.

Устройство улавливания паров позволит термоэлектрическим электростанциям сэкономить бесчисленные миллиарды галлонов воды, снизив эксплуатационные расходы и повысив эффективность, одновременно сократив тяжелые потери воды в некоторых регионах мира.


Смотреть видео: Опреснитель. Детальный обзор. (January 2022).